Оптический шарнир Советский патент 1986 года по МПК G02B7/24 

Изо6ретеш1е относится к прикладной оптике, в частности к лазерным оптико-механическим, оптико-электронным приборам для передачи оптического излучения. Может использоваться в визуальных приборах для изменения направления оптической оси.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих углов отклонения пучка излучения.

На фи. 1 и 2 изображен оптический шарнир, разрез, при различных положениях подвижного корпуса относительно неподвижного; на фиг. 3 - кинематическая схема при двух положениях подвижного корпуса; на фиг.4 кинематическая схема крепления подвижного компенсатора в светоза1цитном корпусе; на фиг. 5 - график зависимости относительного смещения пучка излучения u(,/d от угла наклона V компенсатора относительно.оптической оси при различных показателях преломления стекла п.

Оптический шарнир состоит из сочлененных между собой сферических поверхностей неподвижного 1 и подвижного 2 светозащитных корпусов, кольца 3 со сферическими поверхностями, расположенного между сферическими поверхностями корпусов, оптической отклоняющей системы, выполненной в виде двух софокусных положительных линз А и 5, установленньпс соответственно в неподвижном 1 и подвижном 2 корпусах, причём общий фокус линз 4 и 5 совпадает с центром сочленяемых ,сферических поверхностей корпусов 1, 2 и кольца 3, компенсатора 6, выполненного в виде плоскопараллельной пластины толщиной d, установленной с двумя степенями свободы перед линзой 4 в корпусе 1, компенсатора 7, установленного с двумя степенями свободы в подвижном корпусе 2 после линзы 5. Компенсаторы 6 и 7 соединены тягами 8 и 9, расположенными внутри корпусов 1 и 2, с помощью шарнирных соединений 10, 11 и 12, рамкой 13 и шарнирами 14, 15, 16 компенса- ,торы соединены с корпусами.

Шарнир работает следующим образом

Пучок лазерного излучения ((J«r. I) проходит через компенсатор 6, при наклоне которого на угол V смещения (фиг. 2) параллельно оптической оси на величину д положительной линзой 4 разворачивается на угол Ы arctg Л1 Г

5

0

5

0

|где f - фокус линзы, совпадающий с фокусом линзы 5. Подвижный и неподвижный корпусы 1 и 2 соединены между собой с помощью шарового шарнира таким образом, что перемещение подвижного корпуса 2 возможно только путем вращения по сферической поверхности корпусов 1 и 2 и кольца 3. Кольцо 3 со сферическими поверхностями и выступом, находясь между поверхностью корпусов, позволяет увеличить рабочие углы шарнира, сохраняя прн, этом его светозащитные свойства. Центры всех сферических поверхностей корпусов 1, 2 и кольца 3 совпадают с.том-, кой общего фокуса F обеих линз. Таким образом, при перемещении линзы 5 по сферической поверхности вокруг этого фокуса выходящий из линзы пучок параллелен ее оптической оси и оси неподвижного корпуса, но смещен на величину бд при условии, что фокусы ,линз равны. Пучок излучения проходит через компенсатор 7, сме1цается на величину &o и возвращается на оптическую ось подвижного корпуса. Это справедливо и при повороте в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.

Дпя синхронного поворота компенсаторов на углы у они связаны между собой тягами. На фиг. 3 показана кинематическая схема работы компенсаторз., штриховой линией показан случай, когда рабочий угол Ч д Ю. Тяги 8 и 9 имеют возможность перемещаться по направляющим в неподвижном корпусе 1 и подвижном корпусе 2, причём они

связаны между собой с помощью шарового шарнира 10. При повороте подвижного корпуса 2 шарнир 10 тяг 8 и 9 перемещается в плоскости, составляющей с оптическими осями подвижного

и неподвижного корпусов равные глы, при этом тяги 8 и 9 перемещаются на равные отрезки. Каждая из тяг соединена шарнирами 11 и 12 с соответствующей оправой компенсаторов 6 и 7,

При перемещении тяг компенсаторы наклоняются на равные углы у. Для обеспечения работы оптического шарнира по двум координатам (Х в плоскости чертежа, У - ерпендику}Гярно плоскости чертежа) оправы компенсаторов

закрепляются с двумя степенями свободы в подвижном 2 и неподвижном 1 корпусах (фиг. 4), т.е. с возможностью поворота вокруг осей X и У с помощью

рамки 14 и шарниров 15, 16, То же справедливо л для рабочих углов ч,, , лежащих в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, для этого такие же тяги, соединенные шарниром друг с другом и с рамкой 13 с помощью щарниров 15, располагают в направляющих светозащитных корпусов I и 2, причем оба шарнира 10, соединенные тягами друг с другом в плоскостях И и У, находятся всегда в одной плоскости, равноудаленной от оп тнческих осей корпусов 1 и 2 и проходящей через центр сферических поверхностей этих корпусов и кольца 3 Если показатель преломления стекла, из которого изготовлены компенсаторы, , то величина смещения пучка излучения д, зависит линейно от угл наклона f этой .плоскопараллельной пластины. На фиг. 5 показана зависимость относительного смещения пучка излучения от угла наклона у этой плоскопараплельной пластины. Как видно из графика, угол наклона может достигать 40°. После первой линзы пучок разворачивается вокруг точки F параксиального фокуса на угол rf arctg Ла/f или по осям X и У

oLy arctg ot,,erctg &.,/f. Смеще ние входного пучка излучения относи

O

5

0

5

О бой и с

тельно оптической оси и изменение угла выхода из первой линзы 4 (фиг.2) дает возможность увеличить рабочие углы оптического шарнира, перемещая вторую линзу 5 до положения, когда входящий в нее пучок находится на краю входной апертуры.

Формула изобретения

Оптический шарнир по авт. св. № 1112332, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона рабочих углов, между сочленя ё- мыми поверхностями корпусов введено кольцо со сферическими поверхностя- . ми, а в оптической отклоняющей системе перед первой линзой в неподвижном корпусе и после второй линзы в подвижном корпусе введены два одинаковых Компенсатора, выполненных в виде плоскопараллельных пластин, установленных с двумя степенями свободы и связанных между собой посредством двух введенных пар тяг, закрепленных в направляющих неподвижного и подвижного корпусов во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем тяги в каждой паре связаны между со- компенсаторами шарнирами.

Фиг. 1

/ 1

y-tY- -v --i 8 V fs .i 9

гг

/4

18

ф1П.З У

13

I

Г

/4

/TTi

фиг А

л. «Г

45

Ч

9J

г

а

n f. l

ВНИИПИ Заказ 7063/51 Тираж 501Подписное

Проиэв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

го X 00 50 сриг.5

f tflof

Изобретение относится к прикладной оптике и может использоваться в визуальных приборах, где требуется изменение направления оптической оси. Для увеличения диапазона;рабочих углов между сочленяемыми поверхностями корпусов установлено подвижное сферическое кольцо 3, позволяющее увеличить рабочие углы шарнира, сохраняя при этом его светозащитные свойства. В оптическую систему введены плоскопараллельные пластины-компенсаторы 6,7, установленные с двумя степенями свободы, позволяющие получать изображение на оптической оси. Для синхронного поворота компенсаторы соединены между собой тягами, связанными шарниром и закрепленными в направляющих неподвижного I и подвижного 2 корпусов. 5 ил. (Л 1чЭ 00 о СП СП к фиг. г